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※ 本文為 MindOcean 轉寄自 ptt.cc 更新時間: 2016-09-21 11:23:01
看板 Gossiping
作者 spinbear (死聘貝爾)
標題 Re: [新聞] 李遠哲:台灣光子源缺戰鬥機 小英:聽懂了
時間 Tue Sep 20 02:39:40 2016


※ 引述《ken24769 (R.K.)》之銘言:
: 看了下面的回文發現很多人對這個東西的用途有些困惑
: 最近對加速器這東西剛好有一些瞭解
: 用淺薄的知識配合一些人家做的動畫獻醜一下
: 台灣光子源(TPS)是一台同步加速器
: 他是一種環形的粒子加速器
: 大家常聽到的LHC大強子對撞機就是這種形式的加速器
: 透過電子槍、增能環注射電子進儲存環加速粒子
: 儲存環的軌道是超高真空的軌道
: 並利用很多的電磁鐵跟一個高頻電場系統組成
: 儲存環再利用高頻電場加速粒子並利用電磁鐵磁場改變粒子方向
: 使粒子可以在儲存環裡面一直繞繞繞達到加速的目的
: 或許這樣說還是有點抽象
: 蘋果日報的TEDEd剛好翻譯了個影片解釋了環形加速器的原理
: 請看:http://www.appledaily.com.tw/teded/article/238/rnews/20160217/797113
讓原子撞擊的粒子加速器如何運作|TEDEd|蘋果日報|Apple Daily
[圖]
TED是全球最受矚目的知識匯流平台,2月起,《蘋果日報》正式與TED-Ed教育頻道合作,推出TED-Ed《蘋果》專網,內容有各式精采教育課程中文配音版,透過深入淺出及幽默、別具風格的動畫,在最短時間內,就能學習最值得分享的觀念與課程。 ...

 
: 但TPS的使用方式跟LHC的使用方法不太一樣
: LHC的主要目的是要讓粒子對撞來進行實驗的
: TPS主要是要使用從加速器放出來的光源來進行實驗
: 當電子加速到接近光速又受到磁場偏轉時
: 會從切線放出電磁波
: 光也是電磁波頻譜中的一部分
: 而同步加速器所放出來的電磁波波長連續
: 涵蓋了伽瑪、X光、可見光一直到無線電波都有
: 而每條光束線(就是李遠哲所說的戰鬥機)會拉出某個波段來用
: 可以用這個波段做實驗
: 這種同步輻射光源亮度、同調性、聚焦性都非常高
: 可以用來做半導體、藥物、蛋白質結構、生醫影像甚至是星際化學等等的實驗
: 是現代科學研究很重要的一個工具
: 至於目前七條實驗站裡面長怎樣,可以參考台灣光子源的用戶手冊:
: http://www.nsrrc.org.tw/NsrrcWebSystem/UPLOADS/CHINESE/CALENDAR/final_20160524.pdf
: 瞭解不多,可能八卦版高手雲集有學界先進更瞭解
: 有錯誤還煩請指出
: 台灣光子源是台灣從設計到研發都自己來的加速器
: 要讓電子在儲存環裡面繞需要超高真空、超低溫、低震度...等
: 從光子源建築結構就下了不少功夫
: 從試車成功後就登上了很多國際期刊的封面
: 算是台灣基礎科學發展上的一大助力吧XD

幫補充一下所謂同步輻射大概幹嘛


輻射是什麼?

輻射不是核電廠爆炸的那個輻射,它還有另一個名字─電磁波

講電磁波、輻射大家可能心底就怕怕的,尤其是主婦聯盟那票更怕

但別怕別怕,這裡的輻射沒那麼恐怖,它是指我們生命不可或缺的一樣東西──光

光分有好多種,下圖是常見的光譜圖

http://pansci.asia/wp-content/uploads/2015/06/p90i-560x358.png
[圖]
 

根據不同的波長(或頻率,兩者相乘等於光速)可分類成許多種光,像是紅外線紫外線X光

而不同的頻率也代表他們帶有不同的能量


根據公式

E = hν (h為普朗克常數  ν為頻率)

我們可以計算他們的能量,單位為eV(電子伏特),大家看到LHC又提高多少能量就是這個



說那麼多,這輻射能幹嘛呢?

這次的主角同步輻射的功能很多,可以拿來探測電子行為,或晶體結構等等

簡單來說,就是超強的顯微鏡

對科學家而言,顯微鏡是再重要也不過的,而同步輻射就扮演了這樣的角色

但直接這樣講,大家大概還是不太懂吧?

在此有幾個簡單的舉例,還請大家稍微回想一下高中課程



狹縫實驗

各位還記得狹縫實驗嗎? 這肯定是高中物理最痛苦的一段了

在這段裡面,應該會做的實驗有雙狹縫實驗、水波槽實驗等


實際上......大概都沒做XD 所以這裡幫大家複習一下,在沒有數學的情況下進行




這是水波槽實驗

https://www.youtube.com/watch?v=fkqh4SW-u0Q

透過改變障礙物的長度、形狀,我們獲得水波的形狀也有所不同



而這是雙狹縫干涉實驗

http://www.scu.edu.tw/physics/science-scu/M302/19.files/image036.jpg
[圖]
 

https://www.youtube.com/watch?v=NOvg66VdNAI
【中央大學】物理演示實驗-雷射雙狹縫干涉 - YouTube
更多資訊請參考  如對影片有疑問,歡迎聯絡我們:ncusciedu@gmail.com(中央大學科學教育中心)

 

簡單來說就是雙狹縫根據其狹縫間距、寬度等因素,在遠方投影的光強度分布也不同

這實驗除了波的繞射干涉以外,還有其他更玄妙的性質,如路徑積分阿什麼的

這裡暫且不提



再來是單狹縫實驗

http://i.imgur.com/ZRl4HPc.jpg
[圖]
 

這在結果上和雙縫實驗差不多

同樣我們可以藉由不同的狹縫寬度,獲得不同的光強度分布



這些實驗都有個共通點,不知道各位有沒有發現呢?

沒錯,那就是他們之所以會得到不同的繞射圖形,全是因為改變了結構

什麼的結構呢? 像是雙狹縫和單狹縫的狹縫數即是一種結構的改變

不同的結構帶來了不同的繞射圖形,因此我們可以藉由分析繞射圖形來得知物質的結構



透過把輻射打到材料上進行繞射,我們可以得到漂亮的繞射圖形

http://i.imgur.com/aeinkxE.jpg
[圖]
 

科學家們可以藉此研究晶體的結構等特性



繞射方法中最知名的就是布拉格繞射

http://i.imgur.com/te7u5K1.jpg
[圖]
 

這裡同樣省去數學,想看詳細的可以去wiki,不會太難

布拉格繞射可以想像成反射定律的延伸

一道光打入物質中,對於不同角度可能會出現不同的反射強度

類似這張圖 http://i.imgur.com/cpaRZGy.jpg
[圖]
 

藉此可以分析晶體原子間的間距



以上大概是簡單的複習,由此可見輻射可以作為超強顯微鏡使用

但說是很簡單,實際上做起來卻不那麼簡單

聰明的各位應該想到了,以上的繞射實驗都有著不少的條件

其中最重要的莫過於要同調同相

大家可以回顧一下上面的圖片,如果那些波是長這樣

http://i.imgur.com/ODn8w71.png
[圖]
 

那可是個大災難阿,要算出這種光源的繞射圖形是很頭大的事

別擔心,我們有雷射可以避免這種災難發生

雷射具有很好的光學特性,讓科學家們得以進行很多研究

然而雷射終究還是有其限制,也就是它的解析能力不夠



在布拉格繞射中,我們可以從它的公式中發現,如果我們想看得越細,就需要越小的波長

也就是越高的頻率,同時也代表了更高的能量


在普通情況下,要研究晶體結構,必須要使用到X光等級才行

這樣的能量是雷射所無法產生的,因此我們需要用到其他種方式產生這麼高能量的波

同步輻射便提供了具有良好同調性的X光,而且台灣光子源的強度將可是世界最亮

因此更適合拿來探測晶體的結構等特性



除此之外,同步輻射還可以用作測量樣品的吸收光譜

什麼是吸收光譜咧?

各位高中時應該也都有學過,氫原子中的電子軌道是具有能階

http://i.imgur.com/9h2L0Kn.jpg
[圖]
 

電子在不同的軌道間跳來跳去,放出或吸收能量都是以電磁波的途徑進行

而不只是氫原子,各種元素都有著自己的能階

於是我們可以藉由觀察打入樣品中輻射的吸收光譜,來分析這樣品中的元素組成

http://www.nsrrc.org.tw/chinese/img/Industrial1_img02.jpg
[圖]
 



除此之外同步輻射還有許多強大的功能,時間晚了先擱著了

有興趣的可以上同步輻射中心的網站查詢



如果您直接END了,那也沒關係

這裡有連結  http://www.nsrrc.org.tw/chinese/Industrial12.aspx

各位鄉親啊,連GG也在用同步輻射了,這東西也挺有用的不是嗎?

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tbmh2003: 這太專業文。只能推44F 09/20 08:25
BlackCoal: 看不懂也是要推45F 09/20 08:29
tricia1231: 大概懂 QQ46F 09/20 08:34
ginstein: 專業文47F 09/20 08:34
nuclearforce: 我看得懂欸      推推48F 09/20 08:46
nuclearforce: 大都是高中物理跟延伸而已,寫的很科普
nuclearforce: 讓看的人很容易了解
momofishj: 推51F 09/20 08:54
s5: 文組表示52F 09/20 09:14
blink: 推53F 09/20 09:17
lolikung: 長知識54F 09/20 09:19
nthukos: 推55F 09/20 09:21
wow924: 受教了,辛苦了。56F 09/20 09:33
h73o1012: 痾???有到世界最強?57F 09/20 09:37
drinkjr: 感謝科普58F 09/20 09:54
Miralles: 快推不然會被說我看不懂59F 09/20 10:00
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jack0216: 推大概懂7成61F 09/20 10:15
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